Dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass” (Dự án JICA), do Trường Đại học Bách khoa TPHCM và Viện Khoa học Công nghiệp - Đại học Tokyo phối hợp thực hiện, bước đầu đã thành công ở quy mô phòng thí nghiệm với sản phẩm cồn nguyên chất (ethanol) từ rơm. Do công nghệ sản xuất xăng sinh học từ nguyên liệu sắn, ngô, khoai… đang đặt ra dấu hỏi lớn về an ninh lương thực, nên ethanol từ rơm hứa hẹn sẽ là nguồn năng lượng bền vững trong tương lai.
Hủy cấu trúc xenlulo trong rơm rạ bằng công nghệ nổ hơi
Cách đây gần 10 năm, trong khoảng thời gian ở Nhật Bản với vai trò là Giáo sư thỉnh giảng cho trường ĐH Hiroshima, PGS-TS Phan Đình Tuấn (hiện là Phó hiệu trưởng Trường ĐH Bách khoa - ĐHQG TPHCM) đã nhận được lời đề nghị hợp tác từ một vị GS bản xứ với mong muốn ứng dụng phương pháp sản xuất cồn làm nhiên liệu từ rơm rạ. Nhận thấy hướng nghiên cứu có tính khả thi, đặt biệt là khả năng thay thế nguồn nguyên liệu như ngô, sắn, khoai… vốn đang được sử dụng để sản xuất cồn tại Việt Nam, ngay khi trở về nước (2005), PGS-TS Tuấn đã đề xuất hướng nghiên cứu với Sở KH-CN TPHCM, đồng thời tiến hành nghiên cứu trên cơ sở nguồn nguyên liệu sẵn có tại xã Thái Mỹ (huyện Củ Chi). “Phương pháp sản xuất cồn từ rơm rạ được ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản, nhưng tại Việt Nam còn khá mới mẻ. Hơn nữa, hiệu suất cồn thu được trên rơm rạ cũng còn khá thấp nên chúng ta còn dè dặt là điều dễ hiểu”, PGS-TS Tuấn nhận định.
Theo PGS-TS Tuấn, phương pháp truyền thống thường sử dụng axít đậm đặc để phá hủy cấu trúc bền vững của xenlulo có trong rơm rạ. Nhưng quá trình này sẽ làm phát sinh chất thải thứ cấp độc hại, gây ô nhiễm môi trường. Sau nhiều thời gian nghiên cứu, cộng với sự hợp tác đồng nghiên cứu giữa các nhà khoa học Việt Nam - Nhật Bản, vấn đề nan giải cũng đã được giải quyết: Phá hủy bằng công nghệ nổ hơi (dùng áp suất và nhiệt độ cao để xử lý, kèm theo việc giảm áp đột biến). Khi đó, xenlulo được chuyển hóa thành đường bằng enzym trước khi lên men thu ethanol. “Phương pháp mới này cho phép phá hủy cấu trúc xenlulo nhanh chóng, ethanol được tạo ra có hiệu suất cao hơn, đặc biệt không phát sinh chất thải độc hại”, PGS-TS Tuấn cho biết thêm.
Bước đầu, tại xưởng thực nghiệm năng lượng sinh học (thuộc Dự án JICA), nhóm nghiên cứu đã cho ra lò mẻ cồn đầu tiên từ rơm rạ với hiệu suất đạt 5% (150-180 kg rơm rạ tươi sẽ cho 20 lít cồn 97%). Cồn này sẽ tiếp tục chưng cất thêm để có thể pha xăng thành phẩm.
Lợi thế nguồn nguyên liệu dồi dào
Sử dụng ethanol để pha chế xăng đã được áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Ethanol chưng cất được chỉ đạt tối đa 96%, để pha xăng thì phải dùng công nghệ làm khan để nâng lên nồng độ trên 99,7%. Hiện cách thông dụng nhất để làm ra ethanol là sử dụng nguyên liệu mật mía hoặc nguyên liệu có gốc tinh bột như gạo, ngô, khoai, sắn… Tuy nhiên, theo nhận định của TS Nguyễn Đình Quân (Khoa Kỹ thuật hóa học, Trường ĐH Bách khoa TPHCM) phương pháp này đang gây tranh cãi tại nhiều quốc gia khác trên thế giới do lo ngại vấn đề an ninh lương thực. Trong khi đó, rơm rạ tuy cho hiệu xuất thấp hơn các phụ phẩm nông nghiệp có gốc tinh bột nhưng bù lại trữ lượng tại Việt Nam, nhất là ĐBSCL rất dồi dào, đây là một lợi thế vô cùng to lớn.
Theo ước tính, hàng năm nước ta sẽ thải ra khoảng 55 triệu tấn rơm rạ. Số rơm rạ này một phần làm phân bón sinh học, phần còn lại chủ yếu được đốt bỏ ngay trên cánh đồng, vừa lãng phí lại ảnh hưởng đến môi trường sống. Còn theo GS-TSKH Trần Đình Toại, người có nhiều năm theo đuổi với nghiên cứu sản xuất nhiêu liệu sinh học từ phế phẩm nông nghiệp cho biết, phế thải nông nghiệp cả nước ước chừng hơn 80 - 100 triệu tấn. Nếu chuyển hóa được 10% phế thải nông nghiệp thành ethanol, với hiệu suất 20%, có thể thu được 2 triệu tấn ethanol, chưa kể với năng suất sắn hàng năm chừng 5 triệu tấn, xuất khẩu sẽ thu 800 triệu USD.
Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu thuộc dự án JICA, hiện nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở xưởng thực nghiệm và vẫn còn những khiếm khuyết. “Đơn cử, trong phương pháp nổ hơi, nguồn năng lượng bị tiêu tốn khá lớn, lại đòi hỏi thiết bị phải chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Nhóm nghiên cứu đã phát triển thêm lò hơi đốt trấu tạo năng lượng để cung cấp cho các thiết bị khác, nhưng thời gian tới vẫn cần cải tiến nhiều hơn”, TS Lê Thị Kim Phụng, Điều phối viên dự án JICA phía Việt Nam cho biết. Cũng theo TS Phụng, thành công của phương pháp sản xuất cồn mới này, cùng khả năng kết hợp với sản xuất nông nghiệp tại Củ Chi sẽ tạo cơ sở hình thành mô hình “thị trấn sinh khối” tại đây. Đồng thời, góp phần thực hiện nhanh chóng Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Theo đó, đến năm 2015, sản lượng nhiên liệu bio-diesel dự kiến sẽ tăng lên 250.000 tấn/năm với mục tiêu sản xuất 5 triệu tấn/năm E-5 và B-5, đáp ứng được 1% nhu cầu xăng của cả nước.
Dự án JICA được thực hiện trong 5 năm (2009 - 2014) từ nguồn vốn (5 triệu USD) viện trợ không hoàn lại (ODA) của Nhật Bản. Mục tiêu của dự án là xây dựng và phát triển mô hình “Kết hợp bền vững nền Nông nghiệp địa phương và ngành Công nghiệp chế biến Biomass” ở khu vực miền Nam Việt Nam. Với trọng tâm là chuyển hóa các nguồn nguyên liệu Biomass để sản xuất các nhiên liệu sinh học như: bioethanol, bio-gas và các vật liệu có nguồn gốc sinh học.
